Вентильный электродвигатель

синхронной машины с регулированием подвум параметрам(напряжению Осм и углы О),ВД содержит и-фазную синхронную машину СМ 1 с возбуждением от постоянных магнитов, датчик положения ротора ОПР 2, содержащий обмотку возбуждения ОВ 2 1, управления ОУ 2.2, выходные обмотки 2.3, и каналов питания 3.1, 3.2, , Зп фаз СМ 1, каждый канал включает в себя усилитель мощности УМ 4 и схему управления, состоя щую из фазочувствительного выпрямителя Ф 4 В 5 и широтно-импульсного модулятора ШИМ 6, Кроме того в схеме ВД имеется источник опорных напряжений ИОН 7, модулятор М 8, генератор пилообразных 15 напряжений ГПН 9, датчик тока ДТ 13,.первый элемент сравнения ЭС 14, блок коррекции 15, состоящий из измерительного преобразователя частоты вращения ротора в напряжение ИПЧ 10, второго элемента 20 сравнения ЭС 11 и регулирующего элемента РЭ 12. В каждом канале питания 3,1, 3.2, , Зп выход ФЧП 5 через ШИМ 6 соединен с управляющим входом УМ 4, выход которого связан с соответствующей фазной обмоткой 25 СМ 1, один из входов ФЧВ 5 соединен с со.ответствующей фазой ДПР 2, а другой - с соответствующим выходом ИОН 7, синхронизирующий вход ШИМ 6 связан с соответствующим выходом ГПН 9, вход М 8 30 соединен с одним из выходов ИОН 7,. а выход связан с обмоткой возбуждения ДПР 2, ДТ 13. включен в цепь питания УМ 4, а его выход подключен к управляющему входу; М 8 через ЭС 14, один из входов которого 35 связан с источником О 1 задания тока потребления УМ 4 (на фиг. 1 не показан); вы- . ход одного из ФСВ 5 связан со входом ИПЧ 10, выход М 8 соединен со входом РЭ 12, выход которого связан с обмоткой 40 . управления ДПР 2, а уйравляющий вход - с выходом ЭС 11, один из входов которого соединен с выходом ИПЧ 10, а другой - с источником О задания частоты вращения (на фиг. 1 не показан),45Регулирующий элемент РЭ 12, представленный на фиг, 2, выполнен по мостовой выпрямительной схемы ЦД 1 ЧД 4, в которой в диагональ постоянного тока последовательно включены транзистор ЧТ 1 и Ъ 0 резистор 82, В диагональ переменного тока моста последовательно с источником питания (вторичная обмотка трансформатора Т) включена ОУ 2.2 датчика положения 2. Первичная обмотка трансформатора Т соединя ется с ОВ 2 1 датчика положения 2. Входные (управляющие) цепи схемы подключаются к выходу ЭС 11, База транзистора ЧТ 1 соединена с минусом источника внутренних нужд(2),где К - постоянный коэффициент ДПР, определяемый его конструкцией.Векторные диаграммы ДПР, построенныедля первых гармоник напряжений, приведены на фиг. За.Работа предлагаемого ВД осуществляется следующим образом. Переменное напряжение Ог от ИОН 7 с:частотой Го поступает через М 8 на обмотку возбуждения 2,1 датчика положения ротора 2. Выходной сигнал соответствующей фазы 2.3 ДПР 2 поступает на один иэ входов соответствующего ФЧВ 5, а на другой его вход напряжение с выхода ИОН 7. В каждом канале 3.1;3.23 п ФЧВ выделяет низкочастотную огибающую выходного сигнала ДПР 2, частота которого кратна частоте вращения ротора, Сигнал с ФЧВ 5 подается на вход ШИМ 6, с выхода которого промодулированное по длительности напряжение выходной обмотки 2,3 ДПР 2 в виде последовательности импульсов с частотой Р ГПН 9 подается на УМ 4; питающий соответствующую фазу СМ 1.Во всех режимах работы ВД низкочастотное синусоидальное напряжение ФЧВ 5 с частотой кратной частоте вращения СМ 1; поступает на вход ИПЧ 10, где преобразуется в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна частоте вращения, Постоянное напряжение с выхода ИПЧ 10 поступает на один из входов ЭС 11, на другой вход которого подается напряжения О, соответствующее заданной частоте вращения СМ 1. Сигнал рассогласования с ЭС 11 воздействует на управляющий вход РЭ 12, на другой вход РЭ 12 поступает напряжение Оов, формируемое М 8 из постоянного по величине напряжения Ог ИОН 7. Выходной сигнал РЭ 12 воздействует на ОУ 2.2 датчика положения ротора 2.- Ов через резистор 81, а плюс этого источника подключен к катодам диодов ЧДЗ, ЧД 4,Для регулирования двух параметров системы (напряжения Осм и угла О) в схеме ВД используется ДПР 2 с двумя идентичными обмотками ОВ и ОУ, смещенными в пространстве на 90 эл,град. относительно друг друга, Величина Оо и смещение по фазе 0(относительно исходной) выходных сигналов ДПР 2 зависит от значений напряжений на ОВ (Оов) и ОУ (Ооу),. при этомПуск ВД происходит в режиме ограни- ний УМ 4 (угол О), В соответствии с зависичения тока потребления УМ 4, при этом так мостью (1) изменяются также величины выизменяютсяфазныенапряжения Осм,чтобы ходных напряжений ДПР 2 (О) и, обеспечивался необходимый электромаг- следовательно, УМ 4 (Ос). За счет этого нитный момент. Контур регулирования при 5 обеспечивается стабилизация частоты враограничении тока состоит из ДТ 13 и ЭС 14, щения СМ 1 при изменении нагрузки, Необпри этом ДТ 13 включен к цепь питания УМ 4 ходимо заметить, что РЭ 12 выполняется в всех каналов. На один вход ЭС 14 поступает виде линейного регулятора напряжения с сигнал О, соответствующий величине за- .обратной зависимостью выход - управледанного тока потребления, а на другой вход 10 ние.сигнал с выхода ДТ 13, Сигнал с выхода На рис, Зб приведены векторные диагЭС 14 поступает на управляющий вход М 8. Раммы неявнополюсной СМ 1, построенные Этот регулирующий элемент выполнен в ви- для первых гармоник фазных напряжений О, де линейного регулятора с обратной зависи- токаи ЭДС Ео(без учета падения напряжения мостью выход - управление. 15 в активном сопротивлении фаз электрическойВ процессе разгона СМ 1 под действи- машины) при частоте вращения в = сопи ием выходного сигнала ЭС 14 уменьшается минимальном токе при номинальной нагрузке сопротивление М 8, увеличивается Оов, Рн(О 1, 11, 01) и 0,25 Рн(02,г, 02). Величипри этом величина сопротивления РЭ 12 ны Ео иХс постоянны. приэтомсчитаем,что мала, так как О больше выходного напря синхронный реактанс Хс значительно больжения ИП 410, В результате к ОУ 2.2 прикла- ше активного сопротивления г фаз СМ 1.дывается часть напряжения ОВ 2.1, Условием работы СМ 1 с минимумом определяемая в основном коэффициентом фазного тока является совпадение по фазе трансформацииразделительноготрансфор- вектора тока синхронной машины с вектоматора, входящего в состав РЭ 12. С ростом 25 ром -Ео, что иллюстрируется прямоугольнычастоты вращения происходит увеличение ми векторными треугольниками О - ЕоО 1 Оов, Ооу, Оц в соответствии с зависимостью для номинальной нагрузки Рн и О-ЕоО 2 для (1), и, следовательно, выходных напряжений нагрузки 0,25 Рн, приведенными на фиг. Зб.УМ 4(Оо), при этом угол 0 поддерживается Векторные диаграммы ДПР 2, построен- постоянным, так как оу = сопзт см за 30 ные для пеРвых гармоник напряжения приОов Оов = сопзт и двух значениях Ооу приведенысимость (2). Исходя из характеристик СМ 1 на фиг, За.и приводимого механизма в схеме ВД выби- Первоначально ДПР 2 устанавливается рают такой коэффициент трансформации в такое положение, чтобы при отсутствии разделительного трансформатора, чтобы 35 напряжения на ОУ выходное напряжение обеспечивался угол О, необходимый для каждого усилителя мощности совпадало по развития требуемого (максимального) элек- фазе с соответствующей ЭДС (-Ео) синхронтромагнитного момента, ной машины.По мере разгона СМ 1 из-за влияния ре- В рассматриваемой схеме вентильногоактансов и ЭДС СМ 1, динамического момен двигателя выходное напряжение каждого та электропривода и с учетом механических УМ 4 совпадает с фазой соответствующего характеристик приводимого механизма ток фазного напряжения ДПР 2, а величина выпотребленияУМ 4 становится меньше ограни- ходного напряжения каждого УМ 4(Ос) прочиваемого, а величина выходного сигнала порциональна величине соответствующего ДТ 13 меньше величины Оь соответствую фазного напряжения ДПР 2 (Од). Коэффицищей величине заданного тока потребления, К Омпри этом величина сопротивления М 8 ста- ент пропорциональности Ко -- " = сопзт,новится такой же малой, как и величина Он выбирается таким, чтобы в режиме стасопротивления РЭ 12, билизации скорости вектора Осм (01, О 2).Дальнейший разгон происходит при 50 оканчивались на оси перпендикулярноймаксимальном напряжении питания СМ 1, вектору -Ео (см, фиг, Зб). Тогда при номиПри выходе на заданную частоту вращениянальной нагрузке Р, из векторов синхронвыходное напряжение ИП 410 становится ной машины образуется прямоугольный больше, чем О, величина сопротивления треугольник О-йо 01(см, фиг. Зб), подобный РЭ 12 увеличивается, а напряжение Ооу 55 прямоугольнику. треугольнику из векторов уменьшается, Оо 1В соответствии с зависимостью р) из- ДПР 2 (ООов К на фиг, За), а, например9меняется фаза выходных напряжений ДПР 2 при нагрузке 0,25 Рн - прямоугольный треуи, следовательно, фаза выходных напряже- гольник О-ЕоО 2 (см, фиг, 36), подобный пря5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 моугольнику треугольнику из векторов ДПР 2 (ОО 0 - - нэ фиг, За), при этом наОяяфиг, Зб вектора тока 1,12 электрическои машины совпадают по фазе с вектором.-Е 0 и, следовательно, синхронная машина в широком диапазоне нагрузок работает в режиме минимума тока потребления,Для изменения уровня стабилизируемой частоты вращения нужно пропорционально изменять О и Ог,В схеме, приведенной на фиг. 2, ток 09 2.2 датчика положения ротора 2 в течение половины периода протекает от вторичной обмотки, трансформатора Т через диоды ЧД 1, ЧД 4, транзистор ЧТ 1 и резистор В 2. Диоды ЧД 2, ЧДЗ в это время закрыты. В течение другого полупериода ток ОУ 2.2 датчика положения ротора 2 протекает от вторичной обмотки трансформатора Т через диоды ЧД 2, ЧДЗ, транзистор ЧТ 1 и резистор В 2, при этом диоды ЧД 1, ЧД 4 закрыты. Транзистор ЧТ 1 представляет собой регулируемое активное сопротивление, нэ котором падает часть напряжения вторичной обмотки трансформатора Т.При пуске транзистор ЧТ 1 находится в режиме насыщения, Ток базы этого транзистора в основном определяется напряжением источника внутренних нужд Овн и величинами резисторов 81, Й 2. При стабилизации частоты вращения транзистор ЧТ 1 от сигнала ЭС 11 переходит в активную область работы и его сопротивление увеличивается, а напряжение О 0 у уменьшается. Резистор й 2 служит для стабилизации рабочей точки транзистора ЧТ 1, Таким образом представленная схема являетСя практически линейным регулятором напряжения, в котором обеспечивается обратная зависимость выход - управление (между напряжением Ооу и выходным напряжением ЭС 11). Эта зависимость реализуется за счет изменения величины выходного сопротивления транзистора ЧТ 1 при изменении выходного напряжения ЭС 11. Модулятор М 8 может быть выполнен, например, по схеме фиг. 2, в которой в диагонали переменного тока моста вместо трансформатора Т включена одна из выходных обмоток трансформатора ИОН 7.ИПЧ 10 может быть выполнен на основе одновибратора с фиксированной длительностью импульса.Использование предлагаемого технического решения обеспечит улучшение энергетических показателей ВД, расширит его функциональные возможности и область применения,Формула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий и-фазную синхронную машину с воз-. буждением от постоянных магнитов, индукционный аналоговый датчик положения ротора с и-фазной выходной обмоткой и с обмотками возбуждения и управления, смещенными в пространстве на 90 эл.град, относительно друг друга, источник опорных напряжений, модулятор, блок коррекции и и каналов питания обмоток статора синхронной машины, каждый из которых включает в себя фазочувствительный выпрямитель и усилитель мощности, при этом в каждом кэнале выход фазочувствительного выпрямителя через усилитель мощности связан с соответствующей обмоткой статора синхронной машины, один из входов фазочувствительного выпрямителя соединен с соответствующей выходной обмоткой датчика положения ротора, а другой - с соответствующим выходом источника опорных напряжений, один из выходов которого через модулятор связан с обмоткой возбужде- ния датчика положения ротора, обмотка управления которого соединена с выходом блока коррекции, вход которого соединен с выходом модулятора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей вентильного электродвигателя за счет регулирования кэк угла опережения О, так и напряжения питания синхронной машины, в него введены первый элемент сравнения и датчик тока, включенный в цепь питания усилителей мощности, выход которого подключен к управляющему входу модулятора через первый элемент сравнения, один из входов которого связан с источником задания тока потребления усилителей мощности, блок коррекции выполнениз измерительного преобразователя частоты в напряжение,второго элемента сравнения и регулирующего элемента, выход которого образует выход блока коррекции, вход которого соединен с одним из входов регулирующего элемента, другой вход которого связан с выходом второго элемента сравнения, один из входов которого связан с источником заданной частоты вращения, а другой - с выходом измерительного преобразователя частоты в напряжение, вход которого соединен с выходом одного из фазочувствительных выпрямителей, при этом регулирующий элемент и модулятор выполнены в виде линейных регуляторов напряжения с обратной зависимостью выход - управление.1809504 Составитель В,КрыловТехред М,Моргентал Корректор ко едакт Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,Заказ 1289 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5